DE834476C

DE834476C - Gas turbine, especially for driving road vehicles

Info

Publication number: DE834476C
Application number: DEA3173A
Authority: DE
Inventors: Horace Sinclair Rainb Coventry
Original assignee: Armstrong Siddeley Motors Ltd
Current assignee: Armstrong Siddeley Motors Ltd
Priority date: 1949-08-11
Filing date: 1950-08-08
Publication date: 1952-03-20

Description

Gasturbine, insbesondere für den Antrieb von Straßenfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine, die insbesondere für den Antrieb von Straßenkraftfahrzeugen bestimmt und so ausgebildet ist, daß sie in dem Raum untergebracht werden kann, der bei Straßenfahrzeugen gewöhnlich für die Antriebsanlage vorgesehen ist. Die neue Gasturbine ist also bei zweckentsprechender Lage ihrer verschiedenen Bauteile von gedrängter Bauart und von leichtem Gewicht.Gas turbine, especially for driving road vehicles. Die The invention relates to a gas turbine, which is particularly suitable for driving Road vehicles intended and designed so that they are housed in the space which is usually provided for the drive system in road vehicles is. The new gas turbine is therefore in the appropriate location of its various Components of compact design and light weight.

Mau hat bereits vorgeschlagen, Gasturbinen mit zwei voneinander unabhängigen Rotorteilen, von denen der eine zum Antrieb des Verdichters dient, während der andere die Nutzleistung liefert, an ihrem Austrittsende mit einem Gehäuse zu verbinden, das die Strömungsrichtung der Verbrennungsprodukte umkehrt und diese der koaxial turn Verdichter angeordneten Axialturbine zuleitet. Die Erfindung besteht nun bei einer solchen Anlage darin, daß der zweite Rotorteil der Turbine über eine Hohlwelle, die die Welle umschließt, durch welche der Läufer des Verdichters von dem ersten Turbinenrotorteil angetrieben wird, ein L'ntersetzungsgetriebe antreibt, das zwischen Verdichter und dem diesem zugewandten Turbinenende angeordnet ist und die seitlich von den Turbinenwellen liegende Abtriebswelle antreibt. Vorzugsweise ist der erste den Läufer des Verdichters antreibende Rotorteil der Turbine mehrstufig ausgebildet.Mau has already proposed gas turbines with two independent ones Rotor parts, one of which is used to drive the compressor, while the other provides the useful power to connect to a housing at its outlet end, which reverses the direction of flow of the combustion products and this reverses the coaxial turn compressor arranged axial turbine feeds. The invention now consists of such a system in that the second rotor part of the turbine via a hollow shaft, which encloses the shaft through which the rotor of the compressor of the first Turbine rotor part is driven, a reduction gear drives that between Compressor and the turbine end facing this is arranged and the side drives the output shaft lying on the turbine shafts. Preferably the first is The rotor part of the turbine driving the rotor of the compressor is designed in several stages.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.The invention is illustrated in the drawing, for example.

Fig. i zeigt die Umrißlinien eines Kraftwagens, der mit einer Antriebsgasturbinenanlage nach der Erfindung ausgestattet ist; Fig.2 ist eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Antriebsanlage; Fig. 3 und 4 sind in vergrößertem Maßstab und in teilweiser Ansicht Schnitte durch die Turbine und den Verdichter, wobei die strichpunktierte Linie 3-4 beiden Figuren gemeinsam ist; Fig. 5 ist in abgebrochener Darstellung ein Grundriß einer abgeänderten Ausführungsform der neuen Antriebsanlage mit einem Wärmeatistatisc-her; Fig. 6 und 7 sind 'hierzu in Teildarstellung Ansichten in Richtung der Pfeile 6 und 7 in Fig. 5; Fig. 8 ist ein Schnitt im wesentlichen nach der Linie 8-8 in Fig. 5; Fig.9 zeigt den Grundriß einer weiteren Abä nderungsform der Erfindung, und Fig. io ist eine Seitenansicht hierzu.Fig. I shows the outline of a motor vehicle with a drive gas turbine system is equipped according to the invention; Fig.2 is a side view the drive system according to the invention; Figs. 3 and 4 are on an enlarged scale and in partial view sections through the turbine and the compressor, the dash-dotted line 3-4 is common to both figures; Fig. 5 is broken off Representation of a plan of a modified embodiment of the new drive system with a heat statistic; 6 and 7 are partial views of this in the direction of arrows 6 and 7 in Fig. 5; Fig. 8 is an essential section along the line 8-8 in Fig. 5; Fig. 9 shows the plan of a further modification of the invention, and Fig. 10 is a side view thereof.

In Fig. i ist (las Antriebsaggregat 6 am Vorderende des Fahrzeuges untergebracht. Es steht über eine Cbertragungsanordnung 7, die beispielsweise aus einer Kupplung und einem Wendegetriebe bestehen kann, und eine Treibwelle io mit irgendeinem üblichen Differentialgetriebe 9 in Verbindung, über das die Hinterräder i i angetrieben werden.In Fig. I (the drive unit 6 is housed at the front end of the vehicle. It is via a transmission arrangement 7, which can for example consist of a clutch and a reversing gear, and a drive shaft io with any conventional differential gear 9 via which the rear wheels ii are driven.

Entsprechend den Fig.2 bis d. findet ein zweistufiger Verdichter 12 Verwendung, der mit einem Verdichtungsverhältnis von beispielsweise 5:i arbeitet. Er besitzt zwei Zentrifugalschaufelräder 13, 14, die auf einer Welle 15 befestigt sind. Die Welle ist bei 16, 17 in dem feststehenden Gehäuse 18 gelagert. Die Ansaugöffnung i9 für den Verdichter erstreckt sich zweckmäßig rings über den ganzen Umfang. Durch einen Ansaugstutzen 20 ist diese Eintrittsöffnung mit der Vorderseite des Fahrzeuges an der Stelle verbunden, die sonst gewöhnlich vom Kühler eines wassergekühlten Verbrennungsmotores eingenommen wird.According to Fig.2 to d. a two-stage compressor 12 is used, which operates with a compression ratio of, for example, 5: i. It has two centrifugal impellers 13, 14 which are fastened on a shaft 15. The shaft is mounted in the stationary housing 18 at 16, 17. The suction opening i9 for the compressor expediently extends all around over the entire circumference. This inlet opening is connected by an intake port 20 to the front of the vehicle at the point that is otherwise usually occupied by the radiator of a water-cooled internal combustion engine.

Nachdem die verdichtete Luft ein Diffusorritiggehäuse 23 für die zweite Verdichtungsstufe passiert hat, tritt sie von der Oberseite dieses Gehäuses zu (lern benachbarten Eintrittsende einer einzigen Brennkammer 24 über, die im oberen Bereich des :\titriel)saggregates und in Längsrichtung desselben angeordnet ist. Die Brennkammer kann, wie gezeigt, v(xi vorn nach hinten leicht abwärts geneigt sein, wobei die Brennkammer und ihre Zu- und Ableitungen innerhalb der Gesamtlänge des Antriebsaggregates untergebracht sind.After the compressed air a diffuser ritig housing 23 for the second Has passed the compression stage, it enters from the top of this housing (learn adjacent inlet end of a single combustion chamber 24, which is in the upper area des: \ titriel) saggregates and is arranged in the longitudinal direction of the same. The combustion chamber can, as shown, v (xi be inclined slightly downwards front to back, with the Combustion chamber and its supply and discharge lines within the total length of the drive unit are housed.

Das _\ustrittsende 26 der Brennkammer ist durch ein Knierohr 27 mit einem Schneckengehäuse 28 verbunden, das sich an der Rückseite des Antriebsaggregates befindet. In diesem Gehäuse wird die Strömungsrichtung der Brenngase und der zugesetzten @'erdiipnungsluft umgekehrt. Dieses Geniisch wird dann durch Leitschaufeln 29 an der Vorderseite des Schneckengehäuses, die in einem geringeren radialen Abstand von der Verdic'hterachse liegen als das Austrittsende 26 der Brennkammer, in das feststehende Gehäuse 30 einer Turbine überführt, das drei Turbinenräder in koaxialer Anordnung mit dem Verdichter umschließt. Die ersten beiden dieser Turbinenräder, d.li. die leiden hinteren, 32 und 33, sitzen auf der Welle 34, die bis zur Verdichterwelle 1,5 nach vorn geführt ist und die Verdichterläufer antreibt. Das dritte Turbinenrad 35 liefert die Antriebsleistung für das Fährzeug. Über eine Höhlwelle 36, die sich um die den Verdichter antreibende Welle 34 herum nach vorn erstreckt, treibt dieses Rad ein Untersetzungsgetriebe, das neben dem Diffusorgehäuse 23 der zweiten Verdichterstufe angeordnet ist und hauptsächlich an der Seite der _\chse der Antriebsanlage liegt, die von der Brennkammer abgekehrt ist. Das Untersetzungsgetriebe, dessen nach hinten gerichtete Antriebswelle 37 mit der Treibwellenanordnung io verbunden ist, besteht aus einem Ritzel38 auf der Welle 36, das ein auf einer Vorgelegewelle sitzendes Zahnrad 39 antreibt. Dieses ist mit einem Ritzel 40 fest verbunden, das ein auf der Welle 37 befestigtes Zahnrad 41 antreibt.The outlet end 26 of the combustion chamber is connected by an elbow tube 27 to a worm housing 28, which is located on the rear of the drive unit. In this housing, the direction of flow of the combustion gases and the added generation air is reversed. This genius is then transferred into the stationary housing 30 of a turbine by means of guide vanes 29 on the front of the screw housing, which are at a smaller radial distance from the compressor axis than the outlet end 26 of the combustion chamber, the three turbine wheels in a coaxial arrangement with the compressor encloses. The first two of these turbine wheels, i.e. the rear sufferers, 32 and 33, sit on the shaft 34, which is guided to the front of the compressor shaft 1.5 and drives the compressor rotor. The third turbine wheel 35 supplies the drive power for the vehicle. Via a hollow shaft 36, which extends forward around the shaft 34 driving the compressor, this wheel drives a reduction gear which is arranged next to the diffuser housing 23 of the second compressor stage and is mainly on the side of the axis of the drive system, which is from facing away from the combustion chamber. The reduction gear, the rearwardly directed drive shaft 37 of which is connected to the drive shaft arrangement io, consists of a pinion 38 on the shaft 36 which drives a gear 39 seated on a countershaft. This is firmly connected to a pinion 40 which drives a gear 41 attached to the shaft 37.

Die Auspuffgase aus der Turbine treten in eine ringförmige, nach vorn gerichtete und sich erweiternde Leitung 44, die in einem Schneckengehäuse 45 mit doppeltem Auslaß endet. Die beiden diesen Auslaß bildenden Rohrschenkel 46 führen auf jeder Steite des Antriebsaggregates zunächst abwärts und dann rückwärts und sind mit den Auspuffrohren 47 verbunden, welche sich zunächst im wesentlichen parallel zu der Abtriebswelle 37 nach hinten erstrecken.The exhaust gases from the turbine enter an annular, forward directed and widening line 44, which in a screw housing 45 with double outlet ends. The two pipe legs 46 forming this outlet lead on each side of the drive unit first downwards and then backwards and are connected to the exhaust pipes 47, which are initially essentially parallel to the output shaft 37 to the rear.

Auf diese Weise wird es möglich, das Untersetzungsgetriebe in einem Gehäuse 49 auf der Rückseite des Verdichters unterzubringen. Dieses Gehäuse liegt in ausreichendem Abstand von der hohen Temperatur des Turbinensystems und besitzt geeignete Lager für die Wellen 34 und 36 sowie die erforderlichen Lager für das Untersetzutigsgetriebe, während eine nach hinten gerichtete Verlängerung 5o des Gehäuses die Abtriebswelle stützt.In this way it becomes possible to use the reduction gear in one Housing 49 on the back of the compressor. This case lies at a sufficient distance from the high temperature of the turbine system and possesses suitable bearings for shafts 34 and 36 as well as the necessary bearings for the Reduction gear, while a rearward extension 5o des Housing supports the output shaft.

In der Nachbarschaft des Gehäuses 49 können andere Hilfseinrichtungen untergebracht werden, beispielsweise ein Regler, eine Brennstoffpumpe und eine COlptimpe, wie bei 5 i angedeutet ist. Der Antrieb dieser Teile kann in geeigneter Weise aus dem Innern des Gehäuses 4c) abgeleitet werden, wie bei 52 angedeutet. Der Anlassermotor 53 kann rechtwinklig zur Verdichterantriebswelle 34 an ihrem rückwärtigen Ende angeordnet werden, so daß beim Anlassen das die Antriebsleistung liefernde Turbinenrad 35 nicht mitgedreht wird.In the vicinity of the housing 49 other auxiliary devices housed, for example a controller, a fuel pump and a COlptimpe, as indicated at 5 i. The drive of these parts can be made in a suitable manner the interior of the housing 4c), as indicated at 52. The starter motor 53 can be arranged at right angles to the compressor drive shaft 34 at its rear end so that when starting the turbine wheel 35 providing the drive power does not is rotated.

Wie man sieht, ermöglicht die beschriebene Anordnung eine niedrige Lagerung der Antriebswelle für die Hinterachse und auch eine zufriedenstellende Anordnung der Auspuffeinrichtung, welche nach der Rückseite des Fahrzeuges geführt werden kann, wie es im heutigen Kraftwagenbau üblich ist. Die Baulänge der Antriebsanlage über alles kann verhältnismäßig kurz gehalten werden, so daß eine gedrängte übersichtliche Bauart von verhältnismäßig niedrigem Gewicht entsteht.As can be seen, the arrangement described enables a low one Storage of the drive shaft for the rear axle and also a satisfactory one Arrangement of the exhaust system, which led to the rear of the vehicle can be, as is common in today's automotive engineering. The overall length of the drive system Everything can be kept relatively short, so that a compact and clear Relatively low weight design arises.

Die Fig. S bis 8 veranschaulichen eine abgeänderte Ausführungsform. bei welcher das Tur-1» nenantriebsaggregat selbst im wesentlichen das gleiche ist wie in den Fig. i his 4, ins1iesnndere'hinsichtlich des Verdichters und der Turbine. Die Teile 12, 23, 28, 30 und 44 bleiben die gleichen wie bei der Ausführungsform der Fig. i bis 4. In den Fig. 5 1»s 8 «wird jedoch die aus dem Schneckengehäuse 23 des Verdichters austretende Gasmenge durch ein Leitungsstück 56 zu einer Luftkammer 57 geführt, die unter dem linken Ende (Fig. 5) eines Wärmeatistattsclters 58 liegt. Die Kammer 57 reicht bis zu der mittleren Teilwand 59 dieses Wärmeaustauscbers. Der Wärmeaustauscher ist durch eine Anzahl Leitkanäle 6o. 6o unterteilt, die sich in kleinem :abstand voneinander in horizontaler Richtung quer durch den Wärmeaustauscher erstrecken. Diese Teile lassen zwischen sich parallelwandige 1)urchtrittsquerschnitte, die auf der linken Seite des Wärcneaustausclters (Fig. 5 und 8) mit 61, 61 bezeichnet sind und durch die an dieser Seite die vom `'erdichter gelieferte verdichtete Luft aus dem Gelläuse 57 nach oben in eine Sammelkammer 62 strömt, die über die ganze Länge des Wärmeaustauschers 58 an seiner Oberseite angeordnet ist. In gleicher Weise strömt die verdichtete Luft auf der rechten Seite des Wärmeaustauschers (Fig. 5 und 8) durch die parallelliegenden Strömungsquerschnitte 63, 63. die auf dieser Seite durch die Teile 6o gebildet sind, abwärts und tritt dann in das Einlaßende 65 einer Brennkammer 2.I° ein, die in diesem Schneckengehäuse 28 mündet, aus dem die Brenngase der Turbine zuströmen. Die Auspuffgase aus der Turbine strömen durch ein Leitungsstück 46" in eine Sammelkammer 66, die auf der angrenzenden Seite des Wärmeaustauschers 58 über seine ganze Länge angeordnet ist.. An diese Sammelkammer 66 sind die benachbarten Enden sämtlicher Leitkanäle 6o angeschlossen, die die Auspuffgase in horizontaler Richtung durchströmen und dadurch die verdichtete Luft auf ihrem Weg vom Verdichter zur Brennkammer 24a vorerfiitzen. Die Pfeile 68 in Fig. 5 deuten zum Teil den Weg der Luft vom Verdichter zur Brennkammer an, während die Pfeile 69 den Strömungsweg der Auspuffgase veranschaulichen.Figs. S to 8 illustrate a modified embodiment. in which the turntable drive unit itself is essentially the same as in FIGS. 1 to 4, ins1iesnndere 'with regard to the compressor and the turbine. The parts 12, 23, 28, 30 and 44 remain the same as in the embodiment of FIGS led to an air chamber 57 which is under the left end (Fig. 5) of a heat actuator 58. The chamber 57 extends as far as the central partial wall 59 of this heat exchanger. The heat exchanger is through a number of guide channels 6o. 6o, which extend at a small distance from each other in the horizontal direction across the heat exchanger. These parts leave parallel-walled passage cross-sections between them, which are labeled 61, 61 on the left-hand side of the heat exchanger (Figs. 5 and 8) and through which the compressed air delivered by the condenser 57 to the top on this side flows into a collecting chamber 62 which is arranged over the entire length of the heat exchanger 58 on its upper side. In the same way, the compressed air flows down on the right-hand side of the heat exchanger (FIGS. 5 and 8) through the parallel flow cross-sections 63, 63, which are formed on this side by the parts 6o, and then enters the inlet end 65 of a combustion chamber 2 .I °, which opens into this screw housing 28, from which the fuel gases of the turbine flow. The exhaust gases from the turbine flow through a line piece 46 ″ into a collecting chamber 66, which is arranged on the adjacent side of the heat exchanger 58 over its entire length Direction flow through and thereby the compressed air on its way from the compressor to the combustion chamber 24a. The arrows 68 in Fig. 5 partly indicate the path of the air from the compressor to the combustion chamber, while the arrows 69 illustrate the flow path of the exhaust gases.

Bei einer solchen Bauweise ist es zweckmäßig, auf gegenüberliegenden Seiten der Anlage zwei Brennkammern 24a und ebenso zwei Wärmeaustauscheranzuordnen. Die Bauart der Fig. 9 und io unterscheidet sich von der der Fig. 2 bis 4 in der Hauptsache dadurch, daß nur ein einstufiger Verdichter 12a Verwendung findet und zwei Brennkammern 24 zu beiden Seiten des Aggregates 6 angeordnet sind, von denen jede mit dem Schneckengehäuse 28 verbunden ist. Die Austrittsenden beider Brennkammern sind mit dem zur Umkehr der Strömungsrichtung dienenden Schneckengehäuse 28 verbunden. Weiterhin besitzt bei dieser Ausfü'hrungform das Auspuffschneckengehäuse 45 der Turbine einen einzigen nach oben gerichteten Auslaßstutzen 46°, an den eine geeignete Auspuffleitung angeschlossen werden kann.With such a design, it is useful on opposite Side of the system two combustion chambers 24a and also two heat exchangers to be arranged. The design of FIGS. 9 and 10 differs from that of FIGS. 2 to 4 in FIG The main thing is that only a single-stage compressor 12a is used and two combustion chambers 24 are arranged on both sides of the unit 6, of which each is connected to the worm housing 28. The exit ends of both combustion chambers are connected to the screw housing 28 used to reverse the direction of flow. Furthermore, in this embodiment, the exhaust screw housing 45 has the Turbine a single upward outlet port 46 °, to which a suitable Exhaust line can be connected.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Gas turbine, in particular for driving road vehicles, with a centrifugal compressor which supplies compressed air for at least one combustion chamber which is connected at its outlet end to a screw housing for reversing the flow direction, which feeds the combustion products and dilution air directly to an axial turbine, which is arranged coaxially to the compressor and has two independent rotor parts, one of which is used to drive the compressor rotor (s), characterized in that the second rotor part (35) of the turbine via a hollow shaft (36) which supports the shaft (34) encloses, through which the rotor of the compressor is driven by the first turbine rotor part (32, 33), drives a reduction gear (38 to 41) which is arranged between the compressor and the turbine end facing it and the output shaft (37) lying to the side of the turbine shafts drives.

2. Gas turbine according to claim i, characterized in that the first rotor part of the turbine driving the rotor of the compressor is multi-stage (32, 33). Cited publications: German patent specification No. 720 794: Swiss patent specification No. 236838, 221 698, 214 978, 212 269, 97 945.